Optoprim ha sviluppato un processo di laser cladding in grado di sostituire la tradizionale cromatura galvanica con importanti benefici in termini di sostenibilità ambientale e costi di gestione. Il tutto garantendo proprietà tribologiche e di resistenza alla corrosione comparabili a quelle della cromatura tradizionale, ma con resistenze meccaniche addirittura superiori.
Dagli steli dei pistoni idraulici delle gru ai cilindri oleodinamici, passando per componenti utilizzati nel settore marino o esposti ad ambienti aggressivi, sono solo alcuni dei tantissimi componenti che quotidianamente vengono sottoposti a processi di cromatura con l’obiettivo di conferirgli elevata resistenza alla corrosione e, in alcuni casi, anche un buon coefficiente di scorrimento, in modo da ridurre l’attrito e l’usura delle guarnizioni. A questi si aggiungono poi tutti i componenti che vengono cromati per scopi estetici e che hanno le più svariate applicazioni (dall’automotive all’arredo). Per eseguire queste cromature si utilizzano bagni galvanici contenenti cromo esavalente che, attraverso appunto una reazione galvanica, lo depositano sulla superficie del pezzo creando il rivestimento cromato. Si tratta però di un procedimento estremamente gravoso sia in termini di sostenibilità ambientale sia di sicurezza visto che il cromo esavalente è stato riconosciuto come una di quelle sostanze particolarmente preoccupanti per l’uomo e per l’ambiente, il cui utilizzo deve essere tenuto sotto controllo e per cui si cerca di incentivare l’individuazione di alternative che non siano pericolose (vedi Regolamento (UE) N. 348/2013 – Allegato XIV del REACH). La gestione di impianti di cromatura galvanica comporta quindi controlli frequenti dalle autorità sanitarie, ma anche costi elevati legati alla manutenzione, alla sostituzione del cromo e al consumo di energia elettrica. Nell’ottica di una transizione verso alternative più sostenibili alla cromatura galvanica è emersa quindi l’opportunità di utilizzare un processo di laser cladding per rispondere alle esigenze di questo settore.
“Optoprim – spiega Marco Montani, Application Lab Manager di Optoprim – in collaborazione con alcuni produttori di polveri, ha avviato un’attività di ricerca che ha portato allo sviluppo di una polvere (OPX04, la cui composizione chimica è stata brevettata) che impiegata con la tecnologia laser cladding permette di raggiungere le stesse proprietà meccaniche e anticorrosive del cromo. Studi preliminari hanno dimostrato che il laser cladding eseguito in questo modo può raggiungere non solo una resistenza alla corrosione e proprietà tribologiche comparabili alla cromatura tradizionale, ma in alcuni casi le proprietà meccaniche sono risultate superiori”. Questo avviene perché, è importante ricordarlo, il laser cladding crea un legame metallurgico tra il rivestimento e il materiale base, a differenza del legame meccanico della cromatura, offrendo quindi ad esempio una maggiore resistenza alla criccatura o sfogliatura in componenti soggetti a carichi assiali.
“Nonostante il laser cladding possa richiedere una fase successiva di rettifica a causa di una finitura superficiale caratterizzata da una rugosità più elevata rispetto a quella che si ottiene a seguito della cromatura – prosegue Montani – siamo comunque in grado di affermare che questo processo sia, anche dal punto di vista economico, più sostenibile della cromatura galvanica. Durante lo sviluppo di questa applicazione non abbiamo preso in considerazione solamente gli aspetti tecnici ma abbiamo anche elaborato un’analisi economica che prende in considerazione tutti i costi di gestione di un impianto di bagno galvanico, dai costi energetici a quelli di smaltimento: il risultato finale è molto interessante e conferma che il costo finale per pezzo non varia in modo significativo tra cromatura tradizionale e tramite laser cladding, pur avendo quest’ultima altri vantaggi in termini di efficienza energetica e sicurezza”.
Il giusto laser per cromare
Per questo processo di laser cladding, Optoprim ha individuato nei laser a diodi diretti la tecnologia più adatta, in particolare in quelli prodotti da Laserline, partner tecnologico di Optoprim da diversi anni. I laser Laserline hanno un profilo di potenza definibile “flat top”, cioè la cui densità di energia all’interno dello spot laser è uniforme e costante. Questa caratteristica si differenzia da un profilo gaussiano standard dei laser a fibra, dove l’energia è più concentrata al centro e diminuisce verso i bordi. Rispetto a un fascio gaussiano, il profilo “flat top” determina quindi una zona termicamente alterata più limitata e costante sul materiale base, il che implica anche una diluizione più uniforme e contenuta tra il materiale base e il riporto.
“Quando il laser si sovrappone alle polveri – spiega Montani – la distribuzione energetica costante ‘flat top’ permette di fondere le polveri in modo uniforme. La fusione omogenea della polvere comporta una maggiore efficienza nell’utilizzo del materiale di riporto, ma anche una qualità superiore del deposito che risulta più uniforme”. Inoltre, Laserline fornisce un pacchetto completo che include laser, fibra, testa con sensori di monitoraggio e ugello per polvere integrati, il che rappresenta una soluzione funzionale e ben integrata.
Protagonisti dell’innovazione
“Questa applicazione di laser cladding – conclude Marco Montani – ben rappresenta il modo in cui Optoprim affronta il mercato investendo in attività di ricerca realizzate all’interno del nostro laboratorio di Applicazioni Laser di Vimercate e portate avanti in collaborazione con altri attori di quella filiera, come in questo caso i produttori di polvere. In questo modo la nostra attività di ricerca e sviluppo si concretizza in una soluzione capace sia di rispondere alle esigenze di sostenibilità che il mercato esprime, sia di superare l‘inerzia di un mercato che tende a resistere all’innovazione. In Optoprim il cambiamento non ci spaventa, da anni siamo abituati a proporre soluzioni innovative e siamo sempre pronti a vincere le sfide delle transizioni tecnologiche, come quella dalla cromatura galvanica al laser cladding”.
